1. Activar una interrupción:
Las interrupciones se activan por eventos de hardware o software. Los ejemplos incluyen:
* Hardware interrumpe: Estos surgen de dispositivos como el teclado (teclado Presione), disco duro (Data Ready), Tarjeta de red (paquete recibido), temporizador (tiempo transcurrido) o incluso errores internos de CPU. Cada dispositivo tiene una línea de solicitud de interrupción única (IRQ) que utiliza para indicar la CPU.
* Interrupciones del software (también llamadas llamadas o trampas del sistema): Estos se activan por un programa que solicita explícitamente los servicios del sistema operativo, como leer un archivo, asignar memoria o crear un proceso. Se inician a través de instrucciones de software.
2. Manejo de interrupción:
Cuando ocurre una interrupción:
1. Señal de interrupción: La CPU recibe la señal de interrupción.
2. Guardar contexto de interrupción: La CPU guarda inmediatamente el estado actual del proceso de ejecución (registros, contador de programas, etc.) a la pila. Esto es crucial para que el proceso pueda reanudarse más tarde desde exactamente donde lo dejó. Este estado guardado a veces se llama el "contexto de interrupción".
3. Tabla de vector de interrupción: La CPU consulta una tabla de vectores de interrupción. Esta tabla asigna el IRQ de cada interrupción (o número de interrupción de software) a la dirección de un controlador de interrupción específico (Rutina de servicio de interrupción ISR) en la memoria.
4. Ejecución del controlador de interrupción: La CPU salta a la dirección del controlador de interrupción apropiado. El ISR realiza las acciones necesarias para responder a la interrupción, como leer datos de un dispositivo, manejar una llamada del sistema o tratar un error.
5. Restauración del contexto de interrupción: Una vez que se completa el ISR, la CPU restaura el contexto guardado desde la pila, devolviendo efectivamente el control al proceso de ejecución previamente.
3. Priorización de interrupción:
El sistema operativo emplea varios mecanismos para gestionar la priorización de la interrupción:
* Priorización de hardware: Algunas arquitecturas de hardware permiten que el hardware mismo priorice las interrupciones. Las interrupciones de mayor prioridad pueden interrumpir las de menor prioridad (interrupciones anidadas). Por ejemplo, una interrupción de error del disco duro podría evitar una interrupción del teclado.
* Priorización del software: El sistema operativo puede priorizar aún más las interrupciones utilizando técnicas de software dentro de los propios manejadores de interrupción. El sistema operativo podría diferir el manejo de interrupciones de menor prioridad hasta que se traten las mayores prioridades.
* Interruptión de enmascaramiento/discapacidad: Las interrupciones se pueden enmascarar (deshabilitar temporalmente) o habilitarse selectivamente. Esto es crucial durante las secciones críticas de código donde una interrupción podría causar corrupción de datos. Por ejemplo, una interrupción puede ser enmascarada al modificar las estructuras de datos compartidas.
4. Relación con los procesos y la gestión de tareas:
Las interrupciones son fundamentales para la multitarea. Permiten que el sistema operativo:
* Sicte de tiempo: El temporizador interrumpe los interruptores de contexto de activación, lo que permite que el sistema operativo cambie entre diferentes procesos de ejecución, creando la ilusión de concurrencia.
* Manejo de I/o: Las interrupciones de los dispositivos de E/S permiten que el sistema operativo administre las operaciones de entrada/salida asincrónicas sin bloquear la CPU. El proceso que solicita la operación de E/S puede continuar funcionando mientras el controlador de interrupción maneja la transferencia de datos en segundo plano.
* Manejo de errores: Las interrupciones proporcionan un mecanismo para manejar errores de hardware y excepciones del sistema de manera eficiente, evitando los bloqueos del sistema.
* Llamadas del sistema: El software interrumpe (llamadas del sistema) permite que las aplicaciones soliciten servicios del sistema operativo, interactúen de manera efectiva con el núcleo y administren el acceso a los recursos del sistema.
En resumen, las interrupciones son la base de los sistemas operativos modernos. Su capacidad para manejar eventos asíncronos de manera eficiente y con un enfoque priorizado es esencial para administrar procesos, manejar E/S y mantener la estabilidad y capacidad de respuesta del sistema. El uso inteligente del sistema operativo del manejo de interrupciones, priorización y conmutación de contexto potencia a la multitarea eficiente y el funcionamiento general del sistema informático.